Hög effekt femtosekundlaserhar stort tillämpningsvärde inom vetenskaplig forskning och industriella områden såsom terahertzgenerering, attosekundpulsgenerering och optisk frekvenskam.Mod-låsta lasrarbaserade på traditionella blockförstärkningsmedier begränsas av termisk linseffekt vid hög effekt, och för närvarande är den maximala uteffekten cirka 20 W.
Tunnplåtslaser använder flerpasspumpstruktur för att reflekterapumplampatill det arkformade förstärkningsmediet med en tjocklek på 100 mikron för högeffektiv pumpabsorption. Det extremt tunna förstärkningsmediet i kombination med bakkylningsteknik minskar kraftigt påverkan av termisk linseffekt och ickelinjär effekt, och kan uppnå högre femtosekundpulsutgång.
Waferoscillatorer i kombination med Kerr-linslägeslåsningsteknik är det viktigaste sättet att erhålla laserutgång med hög genomsnittlig effekt och pulsbredd i storleksordningen femtosekund.
FIG. 1 (a) 72 optiskt strukturdiagram och (b) fysiskt diagram över pumpmodulen
Ett team av forskare från den kinesiska vetenskapsakademin designade och byggde en Kerr-linsmodlåst arklaser baserad på den egenutvecklade 72-vägs pumpmodulen, och utvecklade en Kerr-linsmodlåst arklaser med den högsta genomsnittliga effekten och enpulsenergin i Kina.
Baserat på principen om Kerr-linslåsning och den iterativa beräkningen av ABCD-matrisen, analyserade forskargruppen först modlåsningsteorin för en tunnplattad Kerr-lins-modlåsningslaser, simulerade modförändringarna i resonatorn under modlåsningsdrift och kontinuerlig drift, och bekräftade att kavitetsmodradien vid det hårda membranet kommer att minskas med mer än 7% efter modlåsning.
Därefter, vägledda av designprincipen, designade och byggde forskargruppen en Kerr-linsmodlåst resonator (FIG. 2) baserad på 72-vägspumpmodulen (FIG. 1) som utvecklats oberoende av teamet, och erhöll en pulsad laserutgång med en genomsnittlig effekt på 11,78 W, en pulsbredd på 245 fs och en enkelpulsenergi på 0,14 μJ vid 72 W pumptid. Bredden på utgångspulsen och variationen i intrakavitetsläget överensstämmer väl med simuleringsresultaten.
FIG. 2 Schematiskt diagram över resonanskaviteten hos den Kerr-linsmodlåsta Yb:YAG-waferlasern som användes i experimentet
För att förbättra laserns uteffekt ökade forskargruppen fokuseringsspegelns krökningsradie och finjusterade Kerr-mediets tjocklek och andra ordningens dispersion. När pumpeffekten ställdes in på 94 W ökade den genomsnittliga uteffekten till 22,33 W, och pulsbredden var 394 fs och den enskilda pulsenergin var 0,28 μJ.
För att ytterligare öka uteffekten kommer forskargruppen att öka krökningsradien för det fokuserade konkava spegelparet ytterligare, samtidigt som resonatorn placeras i en sluten miljö med lågt vakuum för att minska påverkan av luftstörningar och luftspridning.
Publiceringstid: 15 augusti 2023